Ультразвуковой расходомер Советский патент 1979 года по МПК G01F1/66 

I

Изобретение относится к измерителям расхода жидкости и суспензии, может быть использовано в различных отраслях промышленности при конструировании точных расходомеров.

Известны корреляционные ультразвуковые расходомеры 1, содержащие активные излучатели, сигналы которых модулируются флуктуациями текущей жидкости.

Указанные расходомеры не обеспечивают необходимой точности измерения, что связано с использованием узкополосных сигналов.

Наиболее близок к предлагаемому ультразвуковой расходомер 2, содержащий установленные на трубопроводе излучатель и приемник ультразвуковых колебаний с преобразователями и соединенные с ними генератор щума и рещающее устройство, выполненное по схеме экстремального коррелометра.

Этот расходомер также не обеспечивает необходимой точности измерений, так как имеющиеся акустические излучатели неэффективно работают в широкой полосе частот, в частности с шумоподобными ультразвуковыми сигналами, а ультразвуковые сигналы

дважды про.ходят через отенки трубопровода, в результате чего происходит различное поглощение и преломление отдельных частотных составляющих шумоподобного сигнала в слоистой среде стенок.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что излучатель и приемник ультразвуковых колеваний выполнены в виде пустотелых усеченных конусов, внешний диаметр которых изменяется по экспоненциальному закону с расположением преобразователей на внутренней цилиндрической и внещней экспоненциальной .поверхностях конусов.

На чертеже изображена структурная электрическая схема расходомера.

На трубопроводе 1 установлены излучатель 2 и приемник 3 ультразвуковых колебаний. С ним соединены генератор щума 4 и выполненное по схеме экстремального коррелометра рещающее устройство, включающее коррелометр 5, усилитель 6, ведущий генератор 7, измеритель интервалов време аи 8 и функциональный преобразователь 9. Выход генератора шума 4 подключен к излучателю ультразвуковых колебаний 2 и первому ВХОДУ коррелометра 5, ко второму входу которого через усилитель 6 подключен излучатель ультразвуковых колебаний 3. Выход коррелометра подключен к одному из входов измерителя интервалов времени 8, другой вход которого соединен с выходом ведущего генератора 7 и запускающим входом генератора щума 4, а выход подключен к функциональному преобразователю 9. Излучатель 2 и приемник 3 ультразвуковых колебаний выполнены в виде пустотелых усеченных конусов, внешний диаметр которых изменяется по экспоненциальному закону с расположением преобразователей на внешней и внутренней поверхностях конусов, причем внутренние диаметры преобразователей на цилиндрической поверхности конусов и трубопровода I одинаковы. Устройство работает следующим образом. По команде ведущего генератора 7 запускаются измеритель интервалов времени 8 и генератор щума 4. Под воздействием выходного напряжения с генератора щума 4 излучатель 2 возбуждает широкополосные ультразвуковые колебания, которые распространяются в движущейся среде. Выполнение излучателя 2 и приемника 3 ультразвука в виде усеченных конусов с изменяющимся диаметром позволяет эффективно возбуждать и принимать ультразвуковые колебания в щирокой полосе частот, Для обеспечения необходимой частотной полосы выбирают соответствующие геометрические размеры усеченных конусов. Выбор равных диаметров у трубопровода 1 и преобразователей на цилиндрической поверхности конусов обеспечивает прямой акустический контакт преобразователей с жидкостью, что исключает прохождение сигнала через слоистые стенки трубопровода, а также турбулентность потока. Скорость распространения щумоподобного процесса х(1) от излучателя 2 до приемника 3 равна суммарной скорости Vj с + V, где с - скорость ультразвуковых колебаний в неподвижной жидкости, v - скорость потока. Так как расстояние от излучателя до приемника постоянно и равно J, информация о величине Vi заключена во временном интервале, который необходим для прохождения щумоподобным сигналом x(t) расстояния t. Приемник 3 принимает щумоподобный сигнал x(t), задержанный во времени. Поэтому в момент максимума взаимокорреляционной функции на выходе коррелометра 5 определяется наиболее вероятный временной интервал г В мо.мент максимума взаимокорреляционной функции на выходе измерителя интервалов времени 8 формируется прямоугольный импульс длительностью т который подается на вход функционального преобразователя 9. Функциональный преобразователь преобразует,(с учетом заданной величины С) прямоугольный и.мпульс длительностью Ъ в постоянное напряжение U, пропорциональное скорости потока v, умножает и на постоянные К и S (соответственно коэффициент пропорциональности и поперечное сечение трубопровода). Выходной результат Q U-K-S, где Q - расход жидкости, кодируется в цифровую форму и подается на цифровое табло. Далее цикл измерения повторяется. При измерении на других расстояниях С соответственно калибруют умножитель функционального преобразователя 9 и меняют тактовый период ведущего генератора 7. Формула изобретения Ультразвуковой расходомер, содержащий установленные на трубопроводе излучатель и приемник ультразвуковых .колебаний с преобразователями и соединенные с ними генератор щума и решающее устройство, выполненное по схеме экстремального коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, излучатель и приемник ультразвуковых колебаний выполнены в виде пустотелых усеченных конусов, внешний диаметр которых изменяется по экспрненциальному закону с расположением преобразователей на внутренней цилиндрической и внешней экспоненциальной поверхностях конусов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Англии № 1319151, кл. С 01 Р 5/08, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 446753, кл. Q 01 F 1/66, 1972 (прототип).